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富士電機テクニカ株式会社

ホーム > 富士電機テクニカトップ > よくある質問 > SPD(避雷器):雷現象について

FAQ

Q5.アースからサージが入ると電源線や信号線にサージ電流が放流されると思いますが、数百~数万Aの電流がどのような形で放流処理されるのですか?
また、計装盤アースに入った電流は低圧電源線に放流されるのですか?

まず、設備への雷サージ侵入のメカニズムからご説明します。

  1. 落雷発生時、雷電流(2kA~200kA程度)が大地に放流されます。
    (実際には、約90%の落雷は負極性のため、大地から上空へ雷電流は流れていることとなり、大地へはマイナスの電荷が放流されることとなります。)
  2. この空中を流れる雷電流により、近傍にあるケーブル類には誘導起電圧が発生します。これを誘導雷サージ(過電圧)と称し、数kV~20kV程度の電圧が発生します。この誘起されたサージ(過電圧)が、ケーブルを伝わって電気設備に侵入することになります。
  3. また、同時に大地に放流された雷電流により、大地の電位が上昇し、近傍の大地に接地している電気設備は、その接地部分の電位上昇の結果、電位上昇によるサージ(過電圧)が設備の接地部分から侵入することになります。
  4. これらのサージが、個別または複合化して、電気(電子)設備にケーブル及び接地等から侵入することになります。
  5. このように落雷時には、設備へケーブルおよび接地からサージ(過電圧)が侵入し、電気設備(機器)の絶縁を破壊し、損傷させることになります。なお、これらの過電圧は、いずれもケーブルと接地間の電圧(対地間電圧)であり、ケーブル間の電圧(線間電圧)ではありません。
  6. 侵入したサージ(過電圧)に対して、ケーブルと接地間に接続したアレスタは、サージ侵入時のみインピーダンスを小さくして、過電圧をサージ電流として通過させるとともに、アレスタ端子間の電圧をある一定の電圧(機器の絶縁破壊を起こさないレベルの電圧)までに制限します。
  7. このようにして、引込口にアレスタを設置した設備は、侵入する雷サージに対しては保護されることとなります。
    (侵入サージの侵入方向には関係ありません)
    なお、直撃雷による雷電流の処理は、避雷設備(避雷針)の役目であり、この雷電流を設備やケーブルに引込むことは基本的に避けねばなりません。(エネルギーのレベルが異なり、通常のアレスタで処理することは不可能です。)
雷サージの侵入経路とアレスタ設置によるサージの流れ 図 雷サージの侵入経路とアレスタ設置によるサージの流れ

設備への雷サージ侵入の伝播と減衰のメカニズムは次のようになります。

  1. ケーブル側から侵入した誘導雷サージ(過電圧)は、アレスタのインピーダンス低下によってサージ電流となってアレスタを通過し、接地端子を経由して大地に放流されます。
  2. 大地電位の上昇による接地側からの侵入の場合は、アレスタによりケーブル側へのサージ電流の放流がされますが、このサージ電流は、アレスタおよびケーブルのインピーダンス(特に線路のR、L、C)により減衰しながら進行し、最終的には消滅するか遠方の接地箇所で大地に放流されます。
  3. サージがケーブルを進行する間に、別のアレスタ部分で放流することもあり、また、絶縁部分の弱い箇所で他の機器を破損することも考えられますが、少なくともアレスタが設置されている最初の設備は保護されます。
  4. 接地側からのサージ侵入は、逆極性のサージがケーブル側から侵入したと考えても良く、この場合には、逆極性のサージ電流が大地に放流されることになります。

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